内燃机轴系的扭转振动是影响动力装置安全运行的重要因素之一。近年来，许多学者运用有限元法、试验研究和动态刚度矩阵法等研究了曲轴的振动特性以及曲轴振动与机体振动之间的关系。本文通过试验研究对V6柴油机扭转振动进行了研究。

曲轴扭转振动试验系统

内燃机曲轴受到众多激励作用，振动表现形态从而呈现多样性。本文主要进行曲轴的扭转振动研究，曲轴扭振试验系统如图1所示。扭振信号通过非接触电磁传感器触发采集，数据采集采用LMS测试系统。

图1  曲轴扭转振动测试系统

轴系扭转振动试验分析

通过LMS测试系统虚拟通道进行扭转振动信号的采集和分析，直接进行数据处理分析，可得到各个转速工况下和不同谐次下的扭振特性。

1.轴系扭转振动试验结果

V6柴油机轴系在转速800～2100r/min下扭振特性如图2所示，反映了其在不同谐次下的扭振特性。

图2  V6柴油机曲轴扭振谐次分析瀑布图

从图2可以看出，在整个转速范围内，1.5谐次下的扭振幅值远远大于其他谐次下的扭振幅值，3谐次、4.5谐次和7.5谐次的扭振幅值也较大。

V6发动机在500Hz下的扭振特性见图3。可以看出在500Hz下，看不出其显著的共振特征。下面详细分析其扭振特性。从图4可以同样看出，在整个转速范围内，1.5谐次下的扭振角度远远大于其他谐次下的扭振幅值，3谐次、4.5谐次、1谐次和2谐次的扭振角度也较大。

图3  V6柴油机曲轴扭振的幅频曲线

从图4可以看出：在V6发动机工作转速范围内，1.5谐次下的扭振角度远远大于其他谐次下的扭振角度，其最大值在1862r/min下达到0.059°。

图4  V6柴油机曲轴扭振特性曲线

从图4还可以看出：除1.5谐次外，3谐次、4.5谐次、1谐次和2谐次的扭振角度也较大。其中3谐次在2053r/min下扭振角度较大，为0.009°，4.5谐次在2053r/min下扭振角度也较大，为0.0051°。1谐次在1143r/min、2谐次在2071r/min下扭振角度也较大。

分析V6发动机的扭振特性，由于其主谐次为12、24等谐次，因此在其整个转速范围内，没有明显的共振特性。但是1谐次和2谐次角度较大，是由于其一阶和二阶往复惯性力矩未平衡所致。1.5谐次、3谐次、4.5谐次和7.5谐次是其强谐次，故其扭振幅值或角度较大。

2.轴系在不同工况下扭振试验结果

下面对V6发动机在不同负荷下的扭振特性进行对比分析。图5为V6发动机分别在全负荷、60%负荷和30%负荷下的扭振瀑布图，可以看到其扭振特性相同。

图5  V6曲轴扭振在不同负荷下的瀑布图

下面对V6曲轴在不同负荷下不同谐次下的扭振做详细的对比分析。各主要谐次对比见图6到图13（全负荷为红色，60%负荷为绿色，30%负荷为蓝色）。

图6  V6曲轴扭振1.5谐次在不同负荷下的对比

图7  V6曲轴扭振3谐次在不同负荷下的对比

图8  V6曲轴扭振4.5谐次在不同负荷下的对比

图9  V6曲轴扭振7.5谐次在不同负荷下的对比

图10  V6曲轴扭振10.5谐次在不同负荷下的对比

图11  V6曲轴扭振6谐次在不同负荷下的对比

图12  V6曲轴扭振9谐次在不同负荷下的对比

图13  V6曲轴扭振12谐次在不同负荷下的对比

从图6到图13可以看出：除6和12谐次外，其他谐次扭振幅值基本上随着负荷的增大而增大。通过7.5谐次、9谐次等扭振曲线推断V6曲轴一阶固有频率大约为250Hz附近。

结论

V6发动机在整个转速范围内，曲轴扭振没有明显的共振特征；V6发动机曲轴扭振1.5谐次、3谐次、4.5谐次和7.5谐次等强谐次特征较明显，但其1谐次和2谐次扭振也较大；V6曲轴一阶固有频率大约为250Hz。